基于超聲征象的決策樹模型在預(yù)測胃腸道間質(zhì)瘤危險度中的應(yīng)用價值

郭晶晶，唐秀斌，陳 蕾，錢清富，林禮務(wù)，薛恩生，陳志奎

福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院超聲科，福建 福州 350001

胃腸道間質(zhì)瘤（gastrointestinal stromal tumor，GIST）是最常見的胃腸道黏膜下腫瘤［1-2］，病灶的危險度分類被認(rèn)為與腫瘤術(shù)后復(fù)發(fā)、預(yù)后密切相關(guān)［3］，術(shù)前就危險度進行準(zhǔn)確預(yù)判對臨床制訂診療方案至關(guān)重要。超聲檢查不但可以在術(shù)前較準(zhǔn)確地診斷GIST，還是分子靶向藥物治療后隨訪的重要影像學(xué)手段［4-5］。

決策樹是一種基于樣本學(xué)習(xí)后構(gòu)建的分類器，也是一種預(yù)測模型，被廣泛應(yīng)用于風(fēng)險評估、收益評估和疾病預(yù)測［6-7］。本研究計劃構(gòu)建基于超聲征象的決策樹模型，探討其在預(yù)測GIST危險度中的應(yīng)用價值。

1 資料和方法

1.1 一般資料

采用回顧性隊列研究，收集2016年12月—2020年12月福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院經(jīng)外科手術(shù)后病理學(xué)檢查證實的GIST患者206例，共206個病灶。納入標(biāo)準(zhǔn)為：①外科切除后病理學(xué)檢查證實為GIST，并且進行危險度分級；②術(shù)前2周內(nèi)行經(jīng)腹部或經(jīng)直腸腔內(nèi)超聲檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)為：①活檢標(biāo)本或行靶向藥物治療，無法進行危險度評級；② 術(shù)前未行超聲檢查。本研究經(jīng)福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，豁免知情同意。

1.2 儀器與方法

使用日本Hitachi公司Hivision Preirus、日本Toshiba公司Aplio 500等彩色多普勒超聲診斷儀。經(jīng)腹部超聲檢查使用凸陣探頭（頻率3～6 MHz），空腹至少8 h，檢查前飲水或胃腸超聲顯像劑500～800 mL。經(jīng)直腸腔內(nèi)超聲檢查使用高頻端掃式探頭或360°環(huán)陣探頭（頻率4～10 MHz），檢查前常規(guī)行腸道準(zhǔn)備。

1.3 觀察指標(biāo)

①人口學(xué)特征：性別、年齡；② 超聲指標(biāo)：病灶內(nèi)部回聲（低回聲、等回聲）、回聲均勻性（均勻、不均勻）、邊界（清楚、不清楚）、形態(tài)（規(guī)則、不規(guī)則）、血流信號（Alder 0級、1級、2級和3級）、是否出現(xiàn)壞死囊變、病灶長徑（≤2.0 cm、＞2.0 cm且≤5.0 cm、＞5.0 cm且≤10.0 cm、＞10.0 cm），計算病灶短徑/長徑（short diameter/long diameter，S/L）。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

使用SPSS 26.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析，對連續(xù)型變量采用Kruskal-Wallis秩和檢驗，對分類變量采用χ2檢驗或Fisher確切概率法，篩選出不同組間存在差異的指標(biāo)；以危險度為因變量，將單因素分析篩選出來的指標(biāo)納入建立決策樹，所有病例納入訓(xùn)練集，并進行危險度預(yù)測。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義，P＜0.01為差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義。3組之間的兩兩比較，P值經(jīng)過Bonferroni校正，P＜0.0167為差異有統(tǒng)計學(xué)意義，P＜0.003為差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

206例患者的年齡為28～86歲，平均年齡（60.5±10.8）歲，低危、中危和高危3組的中位年齡分別為63.0、62.0和61.0歲，3組病灶S/L的中位數(shù)分別約為0.80、0.84和0.70，不同危險度組各指標(biāo)結(jié)果見表1。

表1 不同危險度組GIST各指標(biāo)結(jié)果Tab.1 The results of GIST indicators between the different risk groups

續(xù)表1

不同危險度組間的年齡（H=0.733，P=0.693）和性別（χ2=1.536，P=0.464）差異無統(tǒng)計學(xué)意義。不同危險度組間的病灶長徑（H=104.904，P＜0.001）、S/L（H=10.145，P=0.006）、腫瘤部位（χ2=25.022，P＜0.001）、病灶內(nèi)部回聲（χ2=8.533，P=0.014）、回聲均勻性（χ2=57.343，P＜0.001）、邊界（χ2=13.667，P＜0.001）、形態(tài)（χ2=38.294，P＜0.001）、壞死囊變（χ2=51.703，P＜0.001）和血流信號（H=51.529，P＜0.001）差異有統(tǒng)計學(xué)意義（表2，圖1）。

圖1 不同部位及危險度的GIST超聲表現(xiàn)Fig.1 The ultrasonic findings of GIST with different locations and risk grades

表2 不同危險度組間指標(biāo)的兩兩比較Tab.2 The comparison of indicators in different risk groups

將病灶長徑、S/L、腫瘤部位、病灶內(nèi)部回聲、回聲均勻性、邊界、形態(tài)、壞死囊變和血流信號納入建立決策樹模型，得出以病灶長徑、腫瘤部位、回聲均勻性、形態(tài)為分類節(jié)點的決策樹模型，模型以病灶長徑為根節(jié)點，最大樹深度為3層（圖2）。決策樹模型預(yù)測GIST危險度總的準(zhǔn)確度為72.33%（149/206），其中對低危組和高危組預(yù)測的準(zhǔn)確度分別達(dá)80.90%（72/89）和93.90%（77/82），而對中危組預(yù)測的準(zhǔn)確度為0.00%。決策樹模型預(yù)測本組GIST危險度與病理學(xué)檢查結(jié)果的對照見表3。

圖2 基于超聲征象的預(yù)測GIST危險度的決策樹模型Fig.2 Decision tree model based on ultrasonic signs for predicting the risk grade of GIST

表3 決策樹模型預(yù)測GIST危險度與病理學(xué)檢查結(jié)果的對照Tab.3 Comparison of the prediction by decision tree model and pathology

3 討 論

目前超聲在GIST方面的研究主要集中在超聲內(nèi)鏡下的診斷、治療及預(yù)后評價等［8-10］，但超聲內(nèi)鏡穿透力低，難以完整顯示外生型的大病灶，而經(jīng)腹胃腸造影能夠充分充盈胃腔，清楚顯示胃壁層次結(jié)構(gòu)，判斷腫瘤與胃壁的關(guān)系，達(dá)到近似超聲內(nèi)鏡下的圖像質(zhì)量，經(jīng)直腸超聲探頭頻率高，能夠清楚判斷腫瘤與腸壁的關(guān)系，本研究即采用經(jīng)腹胃腸造影及經(jīng)直腸超聲檢查兩種方法獲取病灶超聲征象，包括長徑、短徑/長徑、腫瘤部位、回聲高低、回聲均勻性、邊界、形態(tài)、是否出現(xiàn)壞死囊變和血流信號。將上述腫瘤的超聲征象及患者年齡、性別進行單因素分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同危險度組間的年齡和性別差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而不同危險度組間的長徑、短徑/長徑、腫瘤部位、回聲高低、回聲均勻性、邊界、形態(tài)、是否出現(xiàn)壞死囊變和血流信號存在差異。

原發(fā)可切除GIST術(shù)后風(fēng)險評估系統(tǒng)有多種，其中以美國國立衛(wèi)生研究院（2008改良版）應(yīng)用最為廣泛［11］。GIST的發(fā)生位置和大小作為影響預(yù)后的重要因素，被美國國立衛(wèi)生研究院分級系統(tǒng)列為危險度分級指標(biāo)。研究［12］表明，GIST病灶越大，其發(fā)生浸潤的風(fēng)險越高。本組高危組＞10 cm的病灶顯著多于低危組（0%）和中危組（0%），占48.78%（40/82）。發(fā)生在胃外的GIST具有更高的生物危險度，如十二指腸間質(zhì)瘤的生物學(xué)行為為惡性的發(fā)生率是胃間質(zhì)瘤的兩倍，腫瘤容易破裂造成出血甚至引起腸瘺等［12-16］。該研究中，高危組內(nèi)胃外間質(zhì)瘤占比約為42.68%（35/82），顯著高于低危組和中危組，與文獻(xiàn)報道［15］相符。

GIST體積較小時，鏡下絕大多數(shù)為梭形細(xì)胞型［17-18］，成分單一，超聲呈現(xiàn)為均勻低回聲病灶。當(dāng)病灶增大，瘤內(nèi)出現(xiàn)微小的壞死囊變灶，使得內(nèi)部回聲增高，往往提示GIST具有更高生物危險度的可能性。本研究中，高危組84.15%（69/82）的病灶內(nèi)部回聲不均，65.85%（54/82）出現(xiàn)壞死囊變，中危組74.29%（26/35）的病灶內(nèi)部回聲不均，42.86%（15/35）出現(xiàn)壞死囊變，均顯著高于低危組。由于GIST可壓迫周圍組織形成假包膜，超聲表現(xiàn)為病灶邊界清楚、形態(tài)規(guī)則。GIST生物學(xué)行為呈惡性時，可侵犯周圍組織，出現(xiàn)邊界不清晰。本研究中，高危組26.83%（22/82）的病灶邊界不清，84.15%（69/82）形態(tài)不規(guī)則，顯著高于低危組。GIST生物學(xué)行為呈良性時，血流信號較為稀少，多位于腫瘤周邊，而生物學(xué)行為呈惡性者，則呈現(xiàn)為從外圍到中央的豐富血流信號，通過觀察腫瘤的血供有助于評估GIST的惡性潛能［19］。本研究中，高危組約29.27%為3級血流信號，顯著高于低危組（4.49%）和中危組（0.00%）。

本研究構(gòu)建的決策樹模型，最終納入病灶長徑、腫瘤部位、回聲均勻性及形態(tài)4個指標(biāo)，模型以病灶長徑為根節(jié)點，最大樹深度為3層。其預(yù)測GIST危險度總的準(zhǔn)確度為72.33%，其中低危組和高危組預(yù)測的準(zhǔn)確度較高，分別達(dá)80.90%和93.90%，而對于中危組預(yù)測能力差，分析可能的原因如下：①中危組作為低危組和高危組之間的一種過渡類型，容易出現(xiàn)良惡性超聲征象的混疊，造成超聲預(yù)測危險度的準(zhǔn)確度低；② 該研究納入的中危組病例量較少，可能對統(tǒng)計結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

綜上所述，以病灶長徑、腫瘤部位、回聲均勻性及形態(tài)為節(jié)點建立的決策樹模型對低危險度和高危險度GIST預(yù)測的準(zhǔn)確度較高，在預(yù)測GIST危險度中具有較高的應(yīng)用價值。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。